Effect of using activated carbon and graphene oxide on the microwave assisted pyrolysis of expanded polystyrene waste

Autor: Davi Angelo Zancanaro, Matheus Poletto
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Research, Society and Development; Vol. 11 No. 16; e212111637920
Research, Society and Development; Vol. 11 Núm. 16; e212111637920
Research, Society and Development; v. 11 n. 16; e212111637920
Research, Society and Development
Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI)
instacron:UNIFEI
ISSN: 2525-3409
Popis: Polymers are increasingly present in everyday life to replace other materials. Because they are cheap and have attractive mechanical properties, they were and still are produced on a large scale and, consequently, their large volumes in landfills present a challenge for their recycling. Thus, the objective of this study was to evaluate the depolymerization of expanded polystyrene (EPS) waste through the use of microwaves using two agents that have carbon in their constitution to assist in depolymerization: graphene oxide (GO) and activated carbon (AC). Different amounts of GO and AC (0.125, 0.25, 0.5 g) were used, always keeping the mass of the EPS sample constant at 1 g. The tests in the microwave oven were performed in 3 cycles of 4 minutes each, with a total time of 12 minutes per batch. Inside the oven, the sample was placed inside a round-bottomed flask wrapped with rock wool. To characterize the material obtained from depolymerization, a mass balance was performed to evaluate the depolymerization yields associated with Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and thermogravimetric analysis (TGA). For the sample containing 0.125 g of GO, it was observed the formation of a larger solid fraction, little gaseous fraction and no liquid fraction. The sample with 0.25 g of GO showed the best yield of volatiles, with 22.58% of volatiles, and it was possible to observe both the liquid and the gaseous fractions. When AC catalyst was used the depolymerization extension was lower than GO. Samples containing with 0.125, 0.250 and 0.5 g of AC yielded gaseous fractions of 5.13; 9.16; and 3.06, respectively. In FTIR analysis it was not possible identify the formation of new bands for samples treated with GO or AC, when compared with EPS. Some new degradation peaks, when compared with EPS, were observed in TGA for samples that used GO as catalyst; which can be associated with the formation of more volatile compounds after depolymerization. The samples treated with AC showed a less pronounced reduction in its thermal stability. This study suggests that the heat transfer from the dark particle to the EPS sample is more effective when GO is used which may contribute to the depolymerization of EPS wastes. Los polímeros están cada vez más presentes en la vida cotidiana para sustituir a otros materiales. Debido a que son baratos y tienen propiedades mecánicas atractivas, fueron y aún se producen a gran escala y, en consecuencia, sus grandes volúmenes en los vertederos presentan un desafío para su reciclaje. Así, el objetivo de este estudio fue evaluar la despolimerización de residuos de poliestireno expandido (EPS) mediante el uso de microondas y, con la ayuda de dos agentes que tienen carbono en su constitución para ayudar a la despolimerización: óxido de grafeno (GO) y activado carbono (CA). Se utilizaron diferentes cantidades de GO y AC (0,125, 0,250, 0,5 g), manteniendo siempre constante la masa de la muestra de EPS en 1 g. Las pruebas en el horno de microondas se realizaron en 3 ciclos de 4 minutos cada uno, con un tiempo total de 12 minutos por lote. Dentro del horno, la muestra se colocó dentro de un matraz de fondo redondo envuelto con lana de roca. Para caracterizar el material obtenido de la despolimerización, se realizó un balance de masa para evaluar los rendimientos de despolimerización asociados con la Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) y el análisis termogravimétrico (TGA). Para la muestra que contenía 0,125 g de OG, se observó la formación de una mayor fracción sólida, poca fracción gaseosa y ninguna fracción líquida. La muestra con 0,25 g de GO presentó el mejor rendimiento de volátiles, con 22,58% de volátiles, y se pudo observar tanto la fracción líquida como la gaseosa. Cuando se usó AC como catalizador, el grado de despolimerización fue menor que el obtenido con GO. Muestras con 0,125, 0,25 y 0,5 g de AC dieron fracciones gaseosas de 5,13; 9.16; y 3,06, respectivamente. El análisis FTIR para las muestras que contenían GO ou AC no fue posible observar la formación de nuevas bandas en comparación con EPS. Se observaron diferentes picos de degradación, en comparación con EPS, en TGA para muestras que utilizaron GO como catalizador, lo que puede estar asociado con la formación de compuestos más volátiles después de la despolimerización. Las muestras tratadas con CA mostraron una reducción menos marcada en su estabilidad térmica. Este estudio sugiere que la transferencia de calor de la partícula oscura a la muestra de EPS es más efectiva con el uso de GO, lo que puede contribuir a la despolimerización de EPS. Os polímeros estão cada vez mais presentes no cotidiano para substituir outros materiais. Por serem baratos e terem propriedades mecânicas atraentes, foram e ainda são produzidos em larga escala e, consequentemente, seus grandes volumes em aterros apresentam um desafio para sua reciclagem. Com isso, o objetivo deste estudo foi avaliar a despolimerização de resíduos de poliestireno expandido (EPS) através do uso de micro-ondas e, com o auxílio de dois agentes que possuem carbono em sua constituição para auxiliar na despolimerização: o óxido de grafeno (GO) e o carvão ativado (AC). Foram utilizadas diferentes quantidades de GO e AC (0,125, 0,250, 0,5 g), mantendo sempre a massa da amostra de EPS constante de 1 g. Os testes no forno micro-ondas foram realizados em 3 ciclos de 4 minutos cada, com tempo total de 12 minutos por batelada. Dentro do forno, a amostra foi acondicionada no interior de um balão de fundo redondo envolto com lã de rocha. Para caracterizar o material obtido da despolimerização, realizou-se o balanço de massa para avaliar os rendimentos da despolimerização associada com a Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e a análise termogravimétrica (TGA). Para a amostra contendo 0,125 g de OG observou-se a formação de uma maior fração sólida, pouca fração gasosa e nenhuma fração líquida. A amostra com 0,25 g de GO apresentou o melhor rendimento de voláteis, com 22,58 % de voláteis, e foi possível observar tanto a fração líquida quanto a gasosa. Quando AC foi utilizado como catalisador a extensão da despolimerização foi inferior àquela obtida com GO. As amostras com 0,125 , 0,25 e 0,5 g de AC renderam frações gasosas de 5,13; 9,16; e 3,06, respectivamente. Na análise de FTIR não foi possível identificar a formação de novas bandas para as amostras tratadas com GO ou AC, em comparação ao EPS. Diferentes picos de degradação, quando comparados ao EPS, foram observados no TGA para amostras que utilizaram GO como catalisador podem estar associados a formação de compostos mais voláteis após a despolimerização. As amostras tratadas com AC apresentaram uma redução menos acentuada na sua estabilidade térmica. Este estudo sugere que a transferência de calor da partícula escura para a amostra de EPS é mais efetiva com a utilização de GO, podendo contribuir para a despolimerização do EPS.
Databáze: OpenAIRE
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